一种新型列车运行监控系统的制作方法

本发明涉及列车自动控制领域，具体涉及一种新型列车运行监控系统，其更安全可靠、更高效、对外部设备兼容性和可扩展性更强。

背景技术：

既有列车运行监控系统(LKJ)除了包含主机单元、人机交互单元，还包括多个外部设备，同时还需要连接多个相关设备。在实际运用过程中，连接这些外部设备及相关设备时，均需要配置相关接线盒，随着连接的外部设备的不断增多，增加了LKJ的安装和维护难度，带来一系列安全相关问题。同时既有LKJ在数据传输效率、安全可靠性等方面已不能满足日益复杂的铁路应用环境。

因此，为了满足复杂的铁路应用需求，解决既有LKJ设备在应用中的问题，提高LKJ的安全性、可靠性、可扩展性、可用性等。需要一种新型列车运行监控系统，其具备控车更加安全可靠、数据通信效率更高、对外部设备连接更加便利可靠等优点。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提出内外总线更加优化的系统结构，降低平台系统对应用层的依赖。

本发明提供一种列车运行监控装置，主要包括主机单元、人机交互单元、扩展单元；其中，

所述主机单元是列车运行监控装置的核心单元，采用安全计算机实现，采用的是二乘二取二的安全架构，即主机单元采取2X2的主备系冗余结构，同时单系的主控模块采用2取2的安全结构；

所述人机交互单元，实现人机对话、列车运行监控的可视化界面的功能；

所述扩展单元集成LKJ既有外设的接口，扩展外部设备的连接，扩展单元内部也采用冗余CANFD总线实现各模块之间的通信；

上述三个组成单元之间，通过以太网总线连接，除了正常工作的数据通信，每个单元上都有调试和维护接口，任一个单元可通过自身的调试接口和以太网总线，实现对自身和其他两个单元的软件升级；任一个单元可通过自身的维护接口和以太网总线，实现对主机单元中的基础数据换装功能。

本发明的技术优势：一种新型列车运行监控系统，采用内外总线的系统结构结合CANFD总线的使用，更加安全可靠；灵活的软件调试、维护接口结合无线通信的透传机制，提高了安全计算机平台的通用性和可维护性。

附图说明

[1]图1为本新型LKJ的组成单元图

[2]图2为本新型LKJ的系统结构图。

[3]图3为本新型LKJ的单元间的通信连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的说明。

本新型LKJ系统由主机单元、人机交互单元、扩展单元组成。以下实施例中重点提供了主机单元、人机交互单元、扩展单元的系统结构及主要功能，以及主机单元、人机交互单元、扩展单元的通信连接方式，将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

一种新型列车运行监控基本单元如图1所示，本新型LKJ系统由主机单元、人机交互单元、扩展单元组成。三个组成单元的分工明确，主机单元主要功能为列车运行控制，人机交互单元主要功能为人机交互及可视化监视界面，扩展单元的主要功能为扩展外部设备的连接；同时，三个组成单元之间，通过以太网总线连接，除了正常工作的数据通信，每个单元上都有调试和维护接口，任一个单元可通过自身的调试接口和以太网总线，实现对自身和其他两个单元的软件升级，任一个单元可通过自身的维护接口和以太网总线，实现对主机单元中的基础数据换装功能，根据新一代LKJ技术规范要求，扩展单元通过无线通信提供无线形式的调试和维护接口，实现软件升级和基础数据换装更加方便和灵活。调试和维护接口均采用符合安全标准的数据传输安全协议。

图2所示为本新型LKJ的系统结构图，主机单元是本新型LKJ系统的核心单元，采用安全计算机实现，具体实施方式如下：

主机单元采用的是二乘二取二的安全架构，即主机单元采取2X2的主备系冗余结构，同时单系的主控模块采用2取2的安全结构。主机单元内部采用冗余CANFD总线实现各模块之间的通信。除了外设接口，主机单元提供调试和维护接口，通过调试接口可以升级主机单元、人机交互单元、扩展单元的软件，通过维护接口可以对主机单元中的基础数据进行维护。主机单元包含以下8个主要模块：主控模块、记录模块、安全数字输出模块、安全通信模块、安全频率输入模块、非安全模拟入出模块、安全数字输入模块、以太网交换模块。该8个模块具体实施方式如下：

主控模块：是主机单元的核心模块，承担列车运行监控的主要控制功能，采用冗余CANFD总线实现主机单元的内部通信，采用以太网总线实现主机单元的外部通信。主控模块采取2取2的安全结构，主控模块的主系和备系之间，采用单独的冗余以太网通信，实现主备系同步、切换等功能。主系主控模块承担处理监控功能，备系主控模块将自身状态发送至主系主控模块，并实时监测主系以实现切换功能。

记录模块：实时记录列车运行过程中的监控记录信息、事故状态信息和相关设备信息等。记录模块通过以太网总线，同主控模块、人机交互单元、扩展单元通信。记录模块为非安全模块，采取冗余结构，两个记录模块间可通信，以此保证转储数据完整性，提高数据的可用性；

安全数字输出模块：8路继电器输出，每路继电器都输出常开和常闭两组干接点供应用选择；

安全通信模块：实现与外设之间的物理层协议，安全通信模块对外设的数据进行合帧后发送给主控模块；

安全频率输入模块：实现8路速度传感器信号的采集；

非安全模拟入出模块：主要用于8路压力信号的采集，1路柴速(柴油机转速传感器)的采集，原边电压和原边电流的采集，1路雷达信号的采集，时速、限速和里程的输出；

安全数字输入模块：实现16路开关量的采集，即列车110V开关量信息等；

以太网交换模块：实现以太网总线连接功能。

图2所示，人机交互单元，是实现人机对话、列车运行监控的可视化界面的功能，实际应用中可采取双端或单端配置。除了人机接口，人机交互单元也提供调试和维护接口，通过调试接口可以升级主机单元、人机交互单元、扩展单元的软件，通过维护接口可实现对主机单元中的基础数据进行维护。

图2所示，扩展单元集成LKJ既有外设的接口，如平面无线调车灯显接口盒、速度传感器等，并提供多路以太网、CAN、RS422等接口，以供外部设备或相关设备扩展连接。扩展单元内部也采用冗余CANFD总线实现各模块之间的通信。除了外设接口，扩展单元也提供调试和维护接口，但与主机单元和人机交互单元不同，扩展单元采用无线通信方式实现调试和维护接口，通过无线调试接口可以升级主机单元、人机交互单元、扩展单元的软件，通过无线维护接口可以对主机单元中的基础数据进行维护。扩展单元的无线通信模块，采用无线安全通信协议，对无线数据采用透传方式，即仅确保接收数据的无误，不对数据的安全通信协议进行解析，将接收到的无线数据直接发送至主机单元，由主机单元进行解析处理。

图3中，主机单元、人机交互单元、扩展单元之间的连接通信方式是根据本发明的一个实施例，作为示例而非限制，外部设备连接可根据实际应用调整。

主机单元、人机交互单元、扩展单元之间采用以太网总线通信，三者间的连接通信方式具体实施方式如下：

接口①，主机单元的记录模块与人机交互单元：记录模块可根据人机交互单元的转储命令，外发转储数据；

接口②，主机单元的记录模块与扩展单元：记录模块将记录的数据发送给扩展单元，扩展单元处理后发送给TAX、LAIS等相关设备；

接口③，主机单元的主控模块与人机交互单元：实现列车运行监控的实时显示、人机对话等功能；

接口④，主机单元的主控模块与扩展单元：实现与部分外部设备通信的功能；

接口⑤，主机单元的主控模块与主机单元的记录模块：主控模块将需要记录的数据，如列车运行过程中的监控记录信息、事故状态信息，发送至记录模块实时记录；

本发明CANFD内部总线结合以太网外部总线的系统结构，与既有产品的CAN总线、flexray总线不同。相比既有技术，CANFD总线具有更高有效传输负载，更快的传输速率，简单并灵活的配置，并且CANFD优化的CRC算法，其抗干扰能力更强，更适合铁路复杂应用场景。而以太网总线可以满足较大数据传输、速度快、配置灵活。内外总线的区分结构，有利于数据的有效处理，减少冗余处理，提高系统的性能。冗余的总线配置，可以极大的提高系统通信的可靠性及可用性。

而灵活、多样的调试接口，也是既有产品不具备的特点。本新型LKJ系统可以通过系统内任一个单元的调试接口，实现系统中全部单元的软件升级，同时本新型LKJ系统的扩展单元特有的无线调试接口，提供另一形式的调试接口，实际应用时可根据现场情况，选择适合现场应用环境的接口进行安装和维护，极大的提高了LKJ系统的安装和维护效率。

此外，灵活的维护接口，可以通过LKJ系统内任一个单元的维护接口，实现对主控单元中的基础数据换装，是既有产品不具备的特点，极大的提高了LKJ系统数据换装的效率和可靠性。

扩展单元的无线通信模块采用无线安全通信协议，对数据采用透传方式直接发送至主机单元，是既有产品不具备的特点，即无线通信模块对接收到的待升级软件文件或基础数据文件，不进行数据本身的安全协议解析，仅对接收到无误的数据，直接通过以太网总线发送至主机单元。此种透传通信的优点是，当数据的安全协议发生了变化时，只需要更新主机单元主控模块的软件，无需更新扩展单元的无线通信模块的软件，降低了LKJ系统的维护和更新难度。

以上所述仅为本新方案的较佳实施案例而已，并非用于限定本新方案的保护范围。凡在本新方案的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本新方案的保护范围之内。